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體育教案－人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量供應(yīng)
人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量供應(yīng)
（吉林體育學(xué)院 長春 130022）
摘 要 本文對人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的供能物質(zhì).供能系統(tǒng)及其特點(diǎn)進(jìn)行了分析。為體育教師.教練員和運(yùn)動(dòng)員的科學(xué)訓(xùn)練提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞 運(yùn)動(dòng) 能量 供應(yīng)
前 言 人體生命活動(dòng)的運(yùn)行需要消耗能量。在人們參加劇烈體育運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉長時(shí)間地收縮和舒張，臟器的活動(dòng)增強(qiáng)，以及神經(jīng)系統(tǒng)能量消耗增加，將使運(yùn)動(dòng)時(shí)總的能量消耗比靜息時(shí)增加幾倍到幾十倍，甚至百倍以上。從另一方面講，長期科學(xué)訓(xùn)練將使人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量供應(yīng)與消耗得到改善，從而為提高人體運(yùn)動(dòng)能力奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，了解與研究人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量供應(yīng)是體育教師.教練員以及運(yùn)動(dòng)員必備的知識。
一 肌肉活動(dòng)的能量及其能量的釋放
人體運(yùn)動(dòng)需要大量能量。這些能量的來源是自食物中的六大營養(yǎng)素中的三大營養(yǎng)物質(zhì)，即糖、脂肪和蛋白質(zhì)。
（一） 糖及其分子中能量的釋放與轉(zhuǎn)移
糖是肌肉活動(dòng)最主要的燃料。人體糖的存在形式有兩種：第一種是以葡萄糖的形式存在于血液中；第二種是存在于肝臟和肌肉中的糖原（肝糖原和肌糖原）。人體運(yùn)動(dòng)所需的能量主要是由糖（或脂肪）的氧化分解過程釋放出來的。糖的氧化分解主要有兩個(gè)途徑：（1）在無氧條件下進(jìn)行的糖酵解；（2）在有氧條件下進(jìn)行的有氧氧化。在一般條件下，糖主要以有氧氧化的途徑分解供能。
糖的代謝方式
有氧氧化
無氧糖酵解
有無O2參與反應(yīng)
有
無
進(jìn) 行 部 位
線 粒 體
細(xì) 胞 液
最 終 產(chǎn) 物
CO2 H2O
乳 酸
ATP 生 成 量
多
少
表1：有氧氧化同無氧糖酵解的對比
(二) 脂肪及其燃燒（氧化）
脂肪是肌肉活動(dòng)的另一主要原料。機(jī)體內(nèi)儲備的脂肪量是勢能的最大來源。與其他營養(yǎng)物質(zhì)比較，可作為能量的脂肪數(shù)幾乎是無限的。來自儲藏脂肪的實(shí)際燃料貯存量大約相當(dāng)于90000～110000千卡左右。成年人體內(nèi)貯存脂肪量的差別很大，且缺乏精確的正常值。一般成年男子的貯存脂肪量約占體重的15～20%，女子稍高。
脂肪氧化時(shí),.體內(nèi)首先由脂肪酶催化水解為甘油和脂肪酸。甘油隨著血液循環(huán)至肝臟和其他組織進(jìn)行再分解。而釋出的脂肪酸進(jìn)一步氧化釋放能量，共全身各組織攝取利用。脂肪酸徹底氧化所釋放的能量比糖多得多，且利用率也比糖高。
當(dāng)脂肪酸大量分解時(shí)，會產(chǎn)生三種中間物質(zhì)：乙酰乙酸、B- 羥丁酸和丙酮。我們將這三種中間產(chǎn)物合稱為酮體。短時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)后，血液中的酮體上升。這是由于運(yùn)動(dòng)時(shí)的糖供能不足，脂肪酸利用量增加而又氧化不足的緣故。運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)后血液中酮體上升較無訓(xùn)練者少，這說明運(yùn)動(dòng)員能較多的利用脂肪酸供能，而且氧化比較完善。但運(yùn)動(dòng)結(jié)速后的恢復(fù)期中，無訓(xùn)練者在肝臟和肌肉中的酮體反而比有訓(xùn)練者高，這說明
運(yùn)動(dòng)能改善脂肪的代謝和調(diào)節(jié)
（三）蛋白質(zhì)及其代謝
蛋白質(zhì)是體現(xiàn)生命活動(dòng)的物質(zhì)之一（另一物質(zhì)是核酸）。其作為能源是非常有限的，僅當(dāng)熱量供應(yīng)不足時(shí)才適當(dāng)?shù)貏?dòng)用以作為一種不得已的補(bǔ)充。當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)有15%～20%的蛋白質(zhì)可提供能量，共產(chǎn)生能量大約30000—40000千卡。
運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以影響機(jī)體的氮平衡。有人曾做這樣的實(shí)驗(yàn)，受試者在參加訓(xùn)練前日機(jī)體處于正氮平衡狀態(tài)，參加訓(xùn)練第一天就處于負(fù)氮平衡，第3～4天負(fù)氮平衡達(dá)到最高峰，以后逐漸減少，直至參加第11～12天的訓(xùn)練又接近于平衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)體對運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不適應(yīng)，體內(nèi)蛋白質(zhì)分解代謝加劇，蛋白質(zhì)的需要量也增加，一直到對運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練逐漸產(chǎn)生適應(yīng)。耐力訓(xùn)練后肌肉氧化氨基酸酶類的活性升高，這是蛋白質(zhì)代謝的酶類對訓(xùn)練所產(chǎn)生的適應(yīng)性變化。
二 運(yùn)動(dòng)時(shí)的供能系統(tǒng)及其供能特點(diǎn)
人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的供能系統(tǒng)，依其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的不同可分為ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)、無氧糖酵解（乳酸）系統(tǒng)和有氧氧化系統(tǒng)。
(一) ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)及其供能特點(diǎn)
ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)又稱非乳酸能系統(tǒng)。它是由肌肉內(nèi)的ATP和CP這兩種高能磷化物構(gòu)成，ATP與CP同樣都是通過分子內(nèi)高能磷酸鍵裂解時(shí)釋放能量，以實(shí)現(xiàn)快速供能。因此，在運(yùn)動(dòng)時(shí)供能系統(tǒng)中將CP一起稱為磷酸原系統(tǒng)。
磷酸原系統(tǒng)供能不在其數(shù)量的多少，而在與其能量的快速可動(dòng)用性。在三個(gè)供能系統(tǒng)中，其能量輸出功率最高。凡是短時(shí)間極量運(yùn)動(dòng)（如：短跑、舉重、沖刺、投擲等）時(shí)所需的能量幾乎全部由ATP—CP系統(tǒng)供給。任何強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，開始首先供能的都是ATP—CP系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：①分解供能速度快，重新合成ATP速度最快。②不需要氧。③不產(chǎn)生乳酸。④ATP—CP供能系統(tǒng)最大輸出功率為50W /Kg體重，是三個(gè)供能系統(tǒng)中輸出功率最高者。⑤維持供能的時(shí)間短。例如一名70kg的人參加運(yùn)動(dòng)的肌肉以20kg計(jì)算，ATP—CP供能系統(tǒng)儲備的能量，可供輕快走步運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為1分鐘；或可維持最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)間約為6—8秒左右。30—60公尺疾速跑全靠ATP—CP供能系統(tǒng)保證；60—100公尺跑主要靠ATP—CP系統(tǒng)供能；200—400公尺跑大部分由ATP-CP系統(tǒng)供能（也靠乳酸系統(tǒng)提供部分能量）�？梢姡珹TP—CP系統(tǒng)在短時(shí)間最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的供能體系中起著重要作用。
（二） 糖酵解系統(tǒng)及其供能特點(diǎn)
當(dāng)人體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌能量消耗不僅量大且速度快，有氧供能不足。而ATP-CP大量消耗時(shí)，糖的無氧酵解便開始參與供能。當(dāng)氧供應(yīng)不足的程度為氧化供能需要量的2倍以及肌肉中ATP-CP被消耗的量約為原儲備量50%左右時(shí)，為了迅速再合成ATP以保證持續(xù)運(yùn)動(dòng)的能力，骨骼肌中的糖原便大量無氧分解，乳酸開始生成。糖無氧酵解系統(tǒng)是400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳的主要供能系統(tǒng)。
糖無氧酵解系統(tǒng)供能的特點(diǎn)：①糖原酵解供能速度快，比有氧氧化供能來得及時(shí)，故稱其為應(yīng)急能源。②糖原酵解供能不需要氧，是脂肪酸、甘油、氨基酸等供能物質(zhì)所不及的。③糖無氧酵解系統(tǒng)供能的最大輸出功率為25W/kg體重，約為磷酸原系統(tǒng)的1/2。因此，利用以糖無氧酵解系統(tǒng)供能為主的運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)的速度與力量都不如磷酸原系統(tǒng)，但維持供能時(shí)間比較長。④糖酵解產(chǎn)生的能量有限，但可積少成多。⑤糖酵解的代謝產(chǎn)物為乳酸。乳酸在肌細(xì)胞中的大量增多，不僅對ATP的合成起抑制作用，且引起肌細(xì)胞代謝性酸中毒，工作能力降低，易發(fā)生疲勞。
（三） 有氧氧化系統(tǒng)及其供能特點(diǎn)
雖然在糖酵解作用中，能迅速釋放能量并且不需要氧，可是在這種情況下再合成ATP的量是相當(dāng)少的。糖、脂肪和蛋白質(zhì)在氧供應(yīng)充足的條件下，氧化為二氧化碳和水，同時(shí)釋放大量能量，使ADP再合成ATP。這種有氧氧化供能過程，稱為有氧氧化系統(tǒng)。
有氧氧化系統(tǒng)供能的特點(diǎn)：（1）體內(nèi)95%的ATP均來自線粒體內(nèi)的氧化磷酸化作用，是ATP生成的主要途徑，是人體能量消耗的主要供能系統(tǒng)。（2）糖的有氧氧化釋放的能量比糖酵解生成的ATP數(shù)量大19倍，因此比糖酵解產(chǎn)生的能量多，且比脂肪消耗的能量少，是體內(nèi)最經(jīng)濟(jì)的能量供應(yīng)系統(tǒng)。（3） 有氧供能系統(tǒng)的能量物質(zhì)來源廣闊、種類多、儲備量大，是取之不盡的能量來源。（4）有氧氧化過程復(fù)雜、供能速度慢，脂肪的氧化供能因耗氧量大，受氧利用率的影響，只有在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度低.氧供應(yīng)充足的條件下才能被大量利用。所以有氧供能系統(tǒng)是耐力運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的主要供能來源。（5）糖和脂肪的有氧氧化時(shí)，最大輸出功率比其他兩個(gè)系統(tǒng)均低。
ATP－CP系統(tǒng)
糖無氧酵解系統(tǒng)
有氧氧化系統(tǒng)
無氧代謝
十分迅速
化學(xué)能源：CP
ATP生成很少肌中少量少
用于短跑或任何高功率、短時(shí)間的活動(dòng)
無氧代謝
迅速
食物能源：糖原
有限的ATP生成
副產(chǎn)品乳酸可導(dǎo)致肌肉疲勞
用于1～3min的活動(dòng)
有氧代謝
慢
食物能源糖、脂肪、蛋白質(zhì)
ATP生成很多
沒有導(dǎo)致疲勞的副產(chǎn)品
勇于耐力或長時(shí)間的活動(dòng)
表2：三種能量供應(yīng)系統(tǒng)的供能特點(diǎn)的對比@
供氧
條件
共氧機(jī)構(gòu)
能量容量（每千克\體重）
能量產(chǎn)生速度
（功\體重）
能量持續(xù)時(shí)間
無
氧
ATP－CP非乳酸能
乳酸能（糖原-乳酸）
100卡\㎏
230卡\㎏
13卡\㎏\秒
7卡\㎏\秒
100\13=7.7S
230\7=33S
有氧
糖原－CO2+H2O
氧充分時(shí)100000卡\㎏
3.6卡\㎏\秒
1.5～2小時(shí)
表3：人體肌肉供給能量的能力（男青年） 瑪格里亞（1968）
三 不同項(xiàng)目中的供能系統(tǒng)
項(xiàng) 目
時(shí) 間
ATP－CP供能
無氧糖酵解供能
有氧供能
100m
200m
400m
800m
1500m
3000m
5000m
10000m
馬拉松
田賽項(xiàng)目
10”～15”
22”～35”
1’～1’30”
2’～3’
4’～6’
10’～16’
15’～25’
30’～50’
135’～180
98
95
80
30
20
20
10
5
5
90
2
2
15
65
55
40
20
15
5
10
0
3
5
5
25
40
70
80
90
0
表4田徑項(xiàng)目有氧供能系統(tǒng)與無氧供能系統(tǒng)供能百分比（%）
如上表所示，有些項(xiàng)目主要由ATP－CP系統(tǒng)供能(如：100m)；有些項(xiàng)目幾乎全部由有氧氧化系統(tǒng)供能（如：馬拉松）；有些項(xiàng)目主要依靠糖酵解系統(tǒng)生成ATP供能（如：400m和800m）；有的則需要無氧代謝與有氧代謝混合供能（如：1500m）。這說明運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的能量供應(yīng)之間是緊密相連的，形成一個(gè)連續(xù)統(tǒng)一體，稱為“能量連續(xù)統(tǒng)一體”
四 結(jié)束語
人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量供應(yīng)主要是以三大營養(yǎng)物質(zhì)為基礎(chǔ)，在不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中由肌體的三大能源系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)而完成的。教練員和運(yùn)動(dòng)員如在實(shí)際訓(xùn)練中已此為指導(dǎo)，采取有針對性的訓(xùn)練手段，將大大提高運(yùn)動(dòng)員的成績。
主要參考文獻(xiàn)
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